CN114149601A - 一种双网络微针凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双网络微针凝胶及其制备方法。所述方法包括：提供预凝胶液；将所述预凝胶液注入到处于真空状态下的聚二甲基硅氧烷微针模板中，得到微针结构；将所述微针结构隔氧固化后，得到所述双网络微针凝胶。通过采用真空模板形成微针结构，使得制备方法简便、高效，所制备得到的双网络微针凝胶具有更高的模量，更强的机械性能和优良的生物相容性。
Description
技术领域
本发明涉及微针技术领域，尤其涉及一种双网络微针凝胶及其制备方法。
背景技术
水凝胶(hydrogel)是一种极亲水的、能在水中溶胀且不溶解的三维网络结构高分子聚合物，凝胶材料的柔软、溶胀性、生物相容性使其在载药、创伤敷料、人造皮肤等方面有良好的应用。
微针凝胶是一种利用凝胶的高生物相容性制备的含药物微针凝胶模板，由于拥有大量细小、排列缜密、高机械性能的针尖，微针凝胶可以扎破皮肤，精确、快速、大量的通过皮肤等组织实现高效率导药。然而，目前的微针凝胶还存在一些缺点，第一，自然界中大多凝胶的机械性能较弱，即使在冷冻干燥后仍无法具有足够的强度戳破皮肤；第二，具有高机械性能的凝胶结构十分紧密，无法运输蛋白等大分子物质；第三，目前许多的微针凝胶浓度较高，含水率低，传输效率低；第四，采用反复真空或高温浓缩的方法制备具有高强度的微凝胶模板，繁琐、耗时长。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双网络微针凝胶及其制备方法，旨在解决现有的微针凝胶模量较低，机械性能偏弱的问题。
本发明的技术方案如下：
一种双网络微针凝胶的制备方法，其中，包括：
提供预凝胶液；
将所述预凝胶液注入到处于真空状态下的聚二甲基硅氧烷微针模板中，得到微针结构；
将所述微针结构隔氧固化后，得到所述双网络微针凝胶。
可选地，所述的双网络微针凝胶的制备方法，其中，所述预凝胶液包括：分散在超纯水中的碳酸钙、海藻酸钠、丙烯酰胺、交联剂以及光引发剂。
可选地，所述的双网络微针凝胶的制备方法，其中，所述预凝胶液包括：分散在超纯水中的明胶、丙烯酰胺、交联剂以及光引发剂。
可选地，所述的双网络微针凝胶的制备方法，其中，所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯或N,N'-亚甲基双丙烯酰胺。
可选地，所述的双网络微针凝胶的制备方法，其中，所述光引发剂为过硫酸钾、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮和过硫酸铵中的任一种。
可选地，所述的双网络微针凝胶的制备方法，其中，所述将所述预凝胶液注入到处于真空状态下的聚二甲基硅氧烷微针模板中，得到微针结构的步骤，具体包括：
将所述预凝胶液注入抽真空20-40min后的聚二甲基硅氧烷微针模板中；
将所述聚二甲基硅氧烷微针模板密封置于2-8℃环境中，得到微针结构。
可选地，所述的双网络微针凝胶的制备方法，其中，将所述预凝胶液注入到处于真空状态下的聚二甲基硅氧烷微针模板中，得到微针结构的步骤之后，还包括：将葡萄糖酸内酯加入到所述聚二甲基硅氧烷微针模板中。
可选地，所述的双网络微针凝胶的制备方法，其中，所述将所述微针结构隔氧固化后，得到所述双网络微针凝胶的步骤，具体包括：
将聚碳酸酯膜覆盖在所述聚二甲基硅氧烷微针模板表面，置于70-85℃水浴中，365nm紫外光照射，得到中间产物；
将所述中间产物在恒温恒湿条件下反应后，经冻干、脱模，得到所述双网络微针凝胶。
可选地，所述的双网络微针凝胶的制备方法，其中，所述预凝胶液还包括：维生素C、葡萄糖、溶菌酶或牛血清蛋白。
第二方面，一种双网络微针凝胶，其中，所述双网络微针凝胶采用上述所述的制备方法制备得到。
有益效果：本发明所提供的双网络微针凝胶的制备方法，通过采用真空模板形成微针结构，使得制备方法简便、高效，所制备得到的双网络微针凝胶具有更高的模量，更强的机械性能和优良的生物相容性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种双网络微针凝胶的制备方法流程图；
图2为本发明实施例提供的双网络微针凝胶制备工艺示意图；
图3为双网络微针凝胶的结构示意图；
图4为钙-海藻酸钠/聚丙烯酰胺水凝胶、钙-海藻酸钠单网络水凝胶、聚丙烯酰胺水凝胶应力应变曲线图。
具体实施方式
本发明提供一种双网络微针凝胶及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1至图2，如图所示，所述双网络微针凝胶的制备方法包括：
S10、提供预凝胶液。
具体来说，所述预凝胶液指的是用来制备凝胶的原料溶液，其可以采用将碳酸钙、海藻酸钠、丙烯酰胺、交联剂、光引发剂等分散在超纯水中来制备得到。
又或者是将明胶、琼脂、聚乙烯醇、交联剂、光引发剂等分散在超纯水中来制备得到。
又或者是，将碳酸钙、海藻酸钠、丙烯酰胺、交联剂、光引发剂、维生素C、葡萄糖等小分子物质或溶菌酶、牛血清蛋白等大分子物质分散在超纯水中来制备得到。
在本实施例中，所述交联剂包括但不限于N,N'-亚甲基双丙烯酰胺溶液(MBAA)、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)。所述的光引发剂包括但不限于过硫酸钾、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮和过硫酸铵。
在所述步骤S10之后还包括S20、将所述预凝胶液注入到处于真空状态下的聚二甲基硅氧烷微针模板中，得到微针结构。
具体来说，所述真空状态指的是将微针模板放在密闭的空间内，将该空间抽至完全真空，容易理解的是，此时微针模板上的针孔也是真空的，此时将预凝胶液注入，可以使预凝胶液更好的灌注到模具中，所形成的微凝胶针结构中不会出现气泡，结构更加的紧实。有利于提升微针结构的强度。
在本实施例中，所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有透气性，在抽真空后其内部的结构会被压缩，在加入预凝胶液且密封后，在压强差作用下，针尖的空气会通过PDMS排气排出。
在所述步骤S20之后还包括步骤S30、将所述微针结构隔氧固化后，得到所述双网络微针凝胶。
具体来说，将聚碳酸酯膜覆盖在所述聚二甲基硅氧烷微针模板表面，置于70-85℃水浴中，365nm紫外光照射，得到中间产物；将所述中间产物在恒温恒湿条件下反应后，经冻干、脱模，得到所述双网络微针凝胶。
在本实施例中，将采用聚碳酸酯(PC)膜覆盖所述聚二甲基硅氧烷微针模板可以隔绝氧气，防止氧气影响光固化的反应。在水浴中进行紫外光照射进行光固化反应，可以提高反应速率，使光固化反应进行的更加彻底。从而有利于所形成的双网络微针凝胶具有更高的模量。
在本实施例的一种实现方式中，当预凝胶液中含有碳酸钙和海藻酸钠时，在所述步骤S20之后，步骤S30之前还包括步骤S21、将葡萄糖酸内酯加入到所述聚二甲基硅氧烷微针模板中。也就是说，在将预凝胶液注入到PDMS模板中后，再加入葡萄糖酸内酯(GDL)，其中，所述GDL的加入量要稍微过量，以使得反应能够更好的进行，通过加入GDL可以使碳酸钙溶解，得到二价钙离子，二价钙离子与海藻酸钠中的钠进行离子交换反应生成钙-海藻酸钠凝胶网络，该凝胶为第一层凝胶网络。需要说明的是，当所使用的是明胶或者琼脂时，第一层凝胶就是由明胶形成的凝胶网络、琼脂形成的凝胶网络。
基于相同的发明构思，本发明还提供一种双网络微针凝胶，该双网络微针凝胶为采用上述制备方法制备得到，具体的制备方法见上述，在此不做赘述。
下面通过具体的制备实施例，来对本发明所提供的双网络微针凝胶的制备方法做进一步的解释说明，下述实施例并不用于限定本发明。
实施例1
称取25mg的碳酸钙、0.25g的海藻酸钠、2g的丙烯酰胺加入到10mL超纯水中，搅拌使其均匀分散，然后移取96μL 0.025g/mL的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺加到前述超纯水中，再加入60μL 0.1g/mL光引发剂过硫酸铵，得到预凝胶液。
取PDMS微针模板，将PDMS微针模板放在密封空间中，抽真空30min，使PDMS微针模板完全真空，将所述预凝胶液注入到所述PDMS微针模板中，接着将所述PDMS模板密封置于2℃环境中15分钟形成微针结构。
加入100μL 0.4g/mL的GDL溶解微针结构中的碳酸钙，进而形成第一层钙-海藻酸钠凝胶网络，再在所述PDMS模板表面覆盖一层PC膜以隔绝氧气，在80℃水浴中，采用365nm的紫外光进行照射，反应时间为1h，形成聚丙烯酰胺凝胶。再将形成聚丙酰胺凝胶的PDMS模板置于恒温恒湿箱中24h稳定反应，反应结束后，将PDMS模板置于冷冻干燥机中干燥，脱模，得到钙-海藻酸钠/聚丙烯酰胺凝胶微针，如图3所示。
其中，由于聚丙酰胺凝胶网络是在第一层钙-海藻酸钠凝胶网络中形成的，因此，所述聚丙酰胺凝胶网络与所述钙-海藻酸钠凝胶网络形成互穿的双网络。由于所形成的是互穿的双网络，从而提升了微针凝胶的结构强度，使微针凝胶具有更高的模量，如图4所示。
实施例2
称取20mg的碳酸钙、0.25g的海藻酸钠、2.5g的聚乙烯醇加入到15mL超纯水中，搅拌使其均匀分散，然后移取100μL 0.020g/mL的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺加到前述超纯水中，再加入60μL 0.1g/mL光引发剂过硫酸铵，得到预凝胶液。
取PDMS微针模板，将PDMS微针模板放在密封空间中，抽真空30min，使PDMS微针模板完全真空，将所述预凝胶液注入到所述PDMS微针模板中，接着将所述PDMS模板密封置于3℃环境中20分钟形成微针结构。
加入100μL 0.3g/mL的GDL溶解微针结构中的碳酸钙，进而形成第一层钙-海藻酸钠凝胶网络，再在所述PDMS模板表面覆盖一层PC膜以隔绝氧气，在70℃水浴中，采用365nm的紫外光进行照射，反应时间为1h，形成聚乙烯醇凝胶。再将形成聚乙烯醇凝胶的PDMS模板置于恒温恒湿箱中24h稳定反应，反应结束后，将PDMS模板置于冷冻干燥机中干燥，脱模，得到钙-海藻酸钠/聚乙烯醇凝胶微针。
其中，由于聚乙烯醇凝胶网络是在第一层钙-海藻酸钠凝胶网络中形成的，因此，所述聚乙烯醇凝胶网络与所述钙-海藻酸钠凝胶网络形成互穿的双网络。由于所形成的是互穿的双网络，从而提升了微针凝胶的结构强度，使微针凝胶具有更高的模量。
实施例3
称取25mg的碳酸钙、0.2g的海藻酸钠、2g的聚乙烯醇加入到15mL超纯水中，搅拌使其均匀分散，然后移取100μL 0.020g/mL的聚乙二醇二丙烯酸酯加到前述超纯水中，再加入50μL 0.1g/mL光引发剂2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，得到预凝胶液。
取PDMS微针模板，将PDMS微针模板放在密封空间中，抽真空30min，使PDMS微针模板完全真空，将所述预凝胶液注入到所述PDMS微针模板中，接着将所述PDMS模板密封置于3℃环境中20分钟形成微针结构。
加入80μL 0.4g/mL的GDL溶解微针结构中的碳酸钙，进而形成第一层钙-海藻酸钠凝胶网络，再在所述PDMS模板表面覆盖一层PC膜以隔绝氧气，在70℃水浴中，采用365nm的紫外光进行照射，反应时间为1h，形成聚乙烯醇凝胶。再将形成聚乙烯醇凝胶的PDMS模板置于恒温恒湿箱中24h稳定反应，反应结束后，将PDMS模板置于冷冻干燥机中干燥，脱模，得到钙-海藻酸钠/聚乙烯醇凝胶微针。
其中，由于聚乙烯醇凝胶网络是在第一层钙-海藻酸钠凝胶网络中形成的，因此，所述聚乙烯醇凝胶网络与所述钙-海藻酸钠凝胶网络形成互穿的双网络。由于所形成的是互穿的双网络，从而提升了微针凝胶的结构强度，使微针凝胶具有更高的模量。
实施例4
称取0.3的明胶、2g的聚乙烯醇加入到15mL超纯水中，搅拌使其均匀分散，然后移取100μL 0.025g/mL的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺加到前述超纯水中，再加入50μL 0.1g/mL光引发剂2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，得到预凝胶液。
取PDMS微针模板，将PDMS微针模板放在密封空间中，抽真空30min，使PDMS微针模板完全真空，将所述预凝胶液注入到所述PDMS微针模板中，接着将所述PDMS模板密封置于3℃环境中20分钟形成微针结构。
在所述PDMS模板表面覆盖一层PC膜以隔绝氧气，在70℃水浴中，采用365nm的紫外光进行照射，反应时间为1h，形成聚乙烯醇凝胶。再将形成聚乙烯醇凝胶的PDMS模板置于恒温恒湿箱中24h稳定反应，反应结束后，将PDMS模板置于冷冻干燥机中干燥，脱模，得到明胶凝胶/聚乙烯醇凝胶微针。
其中，由于聚乙烯醇凝胶网络是在第一层明胶凝胶网络中形成的，因此，所述聚乙烯醇凝胶网络与所述明胶凝胶网络形成互穿的双网络。由于所形成的是互穿的双网络，从而提升了微针凝胶的结构强度，使微针凝胶具有更高的模量。
实施例5
称取30mg的碳酸钙、0.30g的海藻酸钠、3g的聚乙烯醇、40mg的维生素C加入到20mL超纯水中，搅拌使其均匀分散，然后移取100μL 0.025g/mL的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺加到前述超纯水中，再加入80μL 0.1g/mL光引发剂过硫酸铵，得到预凝胶液。
取PDMS微针模板，将PDMS微针模板放在密封空间中，抽真空30min，使PDMS微针模板完全真空，将所述预凝胶液注入到所述PDMS微针模板中，接着将所述PDMS模板密封置于3℃环境中20分钟形成微针结构。
加入100μL 0.4g/mL的GDL溶解微针结构中的碳酸钙，进而形成第一层钙-海藻酸钠凝胶网络，再在所述PDMS模板表面覆盖一层PC膜以隔绝氧气，在70℃水浴中，采用365nm的紫外光进行照射，反应时间为1h，形成聚乙烯醇凝胶。再将形成聚乙烯醇凝胶的PDMS模板置于恒温恒湿箱中24h稳定反应，反应结束后，将PDMS模板置于冷冻干燥机中干燥，脱模，得到负载有维生素C的钙-海藻酸钠/聚乙烯醇凝胶微针。
其中，由于聚乙烯醇凝胶网络是在第一层钙-海藻酸钠凝胶网络中形成的，因此，所述聚乙烯醇凝胶网络与所述钙-海藻酸钠凝胶网络形成互穿的双网络。由于所形成的是互穿的双网络，从而提升了微针凝胶的结构强度，使微针凝胶具有更高的模量，从而可以用于导药(维生素C)。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种双网络微针凝胶的制备方法，其特征在于，包括：
提供预凝胶液；
将所述预凝胶液注入到处于真空状态下的聚二甲基硅氧烷微针模板中，得到微针结构；
将所述微针结构隔氧固化后，得到所述双网络微针凝胶。
2.根据权利要求1所述的双网络微针凝胶的制备方法，其特征在于，所述预凝胶液包括：分散在超纯水中的碳酸钙、海藻酸钠、丙烯酰胺、交联剂以及光引发剂。
3.根据权利要求1所述的双网络微针凝胶的制备方法，其特征在于，所述预凝胶液包括：分散在超纯水中的明胶、丙烯酰胺、交联剂以及光引发剂。
4.根据权利要求2或3所述的双网络微针凝胶的制备方法，其特征在于，所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯或N,N'-亚甲基双丙烯酰胺。
5.根据权利要求2或3所述的双网络微针凝胶的制备方法，其特征在于，所述光引发剂为过硫酸钾、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮和过硫酸铵中的任一种。
6.根据权利要求2所述的双网络微针凝胶的制备方法，其特征在于，所述将所述预凝胶液注入到处于真空状态下的聚二甲基硅氧烷微针模板中，得到微针结构的步骤，具体包括：
将所述预凝胶液注入抽真空20-40min后的聚二甲基硅氧烷微针模板中；
将所述聚二甲基硅氧烷微针模板密封置于2-8℃环境中，得到微针结构。
7.根据权利要求6所述的双网络微针凝胶的制备方法，其特征在于，将所述预凝胶液注入到处于真空状态下的聚二甲基硅氧烷微针模板中，得到微针结构的步骤之后，还包括：将葡萄糖酸内酯加入到所述聚二甲基硅氧烷微针模板中。
8.根据权利要求7所述的双网络微针凝胶的制备方法，其特征在于，所述将所述微针结构隔氧固化后，得到所述双网络微针凝胶的步骤，具体包括：
将聚碳酸酯膜覆盖在所述聚二甲基硅氧烷微针模板表面，置于70-85°C水浴中，365nm紫外光照射，得到中间产物；
将所述中间产物在恒温恒湿条件下反应后，经冻干、脱模，得到所述双网络微针凝胶。
9.根据权利要求2或3所述的双网络微针凝胶的制备方法，其特征在于，所述预凝胶液还包括：维生素C、葡萄糖、溶菌酶或牛血清蛋白。
10.一种双网络微针凝胶，其特征在于，所述双网络微针凝胶采用权利要求1-9任一所述的制备方法制备得到。
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